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Génotoxicité et perturbation de la reproduction chez
l’épinoche à trois épines
Wilfried Sanchez
To cite this version:
Wilfried Sanchez. Génotoxicité et perturbation de la reproduction chez l’épinoche à trois épines.
Rapport Scientifique INERIS, 2013, 2012-2013, pp.30-31. �ineris-01869455�
Figure 1
Anomalies morphologiques identifiées chez des larves d’épinoches à trois épines. De haut en bas : larve témoin, larve présentant une anomalie squelettique, larve présentant des œdèmes.
Figure 2
Courbes de survie de Kaplan-Meier présentant la probabilité de survie des larves d’épinoches issues de parents exposés ou non au MMS. De haut en bas : mâle exposé et femelle non exposée, mâle non exposé et femelle exposée, mâle et femelle exposés.
temps d’exposition des organismes est mis en évidence paral-lèlement à une diminution de la probabilité de survie des larves issues de parents exposés au MMS. Cette expérimentation permet, de plus, d’investiguer plus précisément la part de chaque géniteur dans les altérations de la descendance et montre que les altérations de l’ADN spermatiques jouent un rôle majeur dans la transmission d’aberrations
géné-tiques Figure 2 . Ce résultat confirme l’existence d’un lien entre
endommagement génotoxique au niveau des gamètes et per-turbation de la descendance, et alimente un faisceau de
preuves obtenu chez différentes espèces [E, F].
une pertinence environnementale à évaluer
Les résultats acquis au laboratoire confirment l’existence d’un lien entre l’exposition à des molécules génotoxiques et les
Many environmental pollutants are genotoxicants and can induce genetic damages in wild organisms. If genetic damage occurs in somatic cells, deleterious effects are restricted to the exposed organisms but when
it affects germ cells, it may increase the risk of progeny defects as clearly pointed out in humans and aquatic species. Hence, identification of genetic risks related to environmental genotoxicants is a crucial point. In this context, INERIS and the UMR 5023 of the University of Lyon investigate the relationship between DNA damage of germ cells and progeny survival or development abnormalities. For this purpose, the three-spined stickleback is used as model fish
species. Ex vivo and in vivo experiments highlight that exposure to MMS, a model genotoxicant, affects significantly sperm DNA integrity and increases mortality during embryo–larval stages and abnormality rate at hatching. Field studies were also performed to address this relationship in wild sticklebacks but further studies are needed to confirm the ecological relevance of this hypothesis. AbstrAct
altérations de la descendance, qui pourrait expliquer les perturbations populationnelles observées dans certains cours d’eau. La pertinence environnementale de cette hypothèse reste encore à évaluer dans des contextes de contamination environnementalement pertinents. Des premiers travaux ont été menés dans ce sens en utilisant des épinoches collectées dans plusieurs cours d’eau et tendent à montrer in situ l’exis-tence de ce lien chez des poissons autochtones de cours d’eau
soumis à un stress génotoxique [G]. Ce travail doit désormais
se poursuivre afin de confirmer la pertinence écologique de cette relation. Pour ce faire, des polluants environnementaux génotoxiques pourraient être utilisés en remplacement du MMS. De même, l’utilisation des mésocosmes permettrait d’allier réalisme écologique et maîtrise de l’exposition, et ainsi de mieux identifier une éventuelle relation.
D
e nombreux polluants environnementaux peuventaltérer la structure de l’ADN ou les composants cel-lulaires assurant la transmission d’un génome fidè-lement similaire. Malgré l’existence de systèmes de réparation des altérations génotoxiques, des mutations délé-tères peuvent survenir. Si des phénomènes de cancérisation sont observables au niveau individuel lorsque des cellules somatiques sont atteintes, des perturbations peuvent s’expri-mer de façon transgénérationnelle lorsque c’est l’ADN des
cel-lules germinales qui est altéré [A]. L’existence d’une pression
génotoxique pourrait alors être un élément explicatif des per-turbations de la structure des peuplements piscicoles, voire du déclin de certaines espèces. Afin d’évaluer cette hypothèse, l’INERIS et l’UMR 5023 de l’Université de Lyon ont initié des travaux visant à évaluer le lien entre l’altération de l’ADN des cellules germinales et les perturbations de la descendance chez l’épinoche à trois épines, un poisson utilisé comme modèle
à l’INERIS pour le développement des biomarqueurs [B].
Des expérimentations basées sur des essais ex vivo sur des
spermatozoïdes, des essais in vivo sur des épinoches exposées, en laboratoire, au méthanesulfonate de méthyl (MMS), un génotoxique de référence, et des essais in situ sur des poissons collectés dans différents cours d’eau ont été mises en œuvre. Chacune de ces expérimentations a associé la mesure des dommages à l’ADN par le test des comètes et le suivi de la des-cendance obtenue par des fécondations in vitro.
première preuve obtenue ex vivo
Afin d’évaluer l’existence d’un lien entre l’endommagement de l’ADN spermatique et la qualité de la descendance, une
pre-mière expérimentation a été réalisée ex vivo [C]. Des
sperma-tozoïdes d’épinoche ont été collectés, puis exposés pendant une heure à différentes concentrations de MMS (i.e. 2, 3, 4 et 5 µM). Une fraction de l’échantillon a alors été utilisée pour détermi-ner le niveau d’endommagement de l’ADN induit par cette exposition, alors que l’autre fraction a été utilisée pour féconder
in vitro des ovocytes d’épinoches non exposées. Les résultats
obtenus montrent un endommagement de l’ADN proportion-nel à la concentration d’exposition, avec une augmentation des dommages d’un facteur 3 entre les groupes contrôles et ceux exposés à 5 µM. Parallèlement, le taux d’anomalies
embryo-larvaires (par exemple : œdèmes, cyphose, lordose, Figure 1 )
augmente en fonction de la concentration testée, passant de 10 % chez les poissons contrôles à plus de 75 % chez les poissons issus de spermatozoïdes exposés à 5 µM. Cette première expé-rimentation démontre, chez l’épinoche, la pertinence d’évaluer le lien existant entre l’intégrité du génome des gamètes et la qualité de la descendance.
confirmation in vivo au laboratoire
Une seconde expérimentation a été réalisée dans des condi-tions plus réalistes d’un point de vue biologique en exposant des épinoches mâles et/ou femelles en période de reproduc-tion, à différentes concentrations de MMS (i.e. 0,05, 0,5 et 5 µM)
sur une période comprise entre 18 et 58 jours [D]. Lorsque les
poissons atteignent leur maturité, les cellules germinales (spermatozoïdes ou ovocytes) sont collectées et utilisées pour réaliser une fécondation in vitro et mesurer le niveau d’endom-magement de l’ADN des spermatozoïdes. Un endomd’endom-magement de l’ADN spermatique proportionnel à la concentration et au
Wilfried sanchez
COntRIbutEuR
Génotoxicité et perturbation
de la reproduction
chez l’épinoche à trois épines
[A] Devaux A., Fiat L., Gillet C. et al. Reproduction impairment following paternal genotoxin exposure in brown trout (Salmo trutta) and Arctic charr (Salvelinus alpinus). Aquatic Toxicology, 2011, 101, pp. 405-411.
[B] Sanchez W., Katsiadaki I., Piccini B. et al. Biomarker responses in wild three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus L.) as a useful tool for freshwater biomonitoring: A multiparametric approach, Environment International, 2008, 34, pp. 490-498.
[C] Santos R., Palos-Ladeiro M., Besnard A. et al. Relationship between DNA
damage in sperm after ex vivo exposure and abnormal embryo development in the progeny of the three-spined stickleback. Reproductive Toxicology, 2012, 36, pp. 6-11.
[D] Santos R., Palos-Ladeiro M., Besnard A. et al. Parental exposure to methyl methane sulfonate of three-spined stickleback: contribution of DNA damage in male and female germ cells to further development impairment in progeny. Ecotoxicology, 2013, 22, pp. 815-824.
[E] Lacaze E., Geffard O., Goyet D. et al. Linking genotoxic responses in Gammarus fossarum germ cells with reproduction
impairment, using the Comet assay. Environmental Research, 2011, 111, pp. 626-634. [F] Lewis C., Galloway T. Reproductive consequences of paternal genotoxin exposure in marine invertebrates. Environmental Science and Technology, 2009, 43, pp. 928-933.
[G] Santos R. Un biomarqueur de génotoxicité chez l’épinoche (Gasterosteus aculeatus) : application au biomonitoring et étude de sa valeur prédictive en écotoxicologie. Thèse de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon, spécialité Environnement industriel et urbain, 2013, p. 224.
Références
YSE Ky CE P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e Temps (jours) 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 Temps (jours) Temps (jours) contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM30 | rapport scientifique ineris 2012-2013 rapport scientifique ineris 2012-2013 | 31
Figure 1
Anomalies morphologiques identifiées chez des larves d’épinoches à trois épines. De haut en bas : larve témoin, larve présentant une anomalie squelettique, larve présentant des œdèmes.
Figure 2
Courbes de survie de Kaplan-Meier présentant la probabilité de survie des larves d’épinoches issues de parents exposés ou non au MMS. De haut en bas : mâle exposé et femelle non exposée, mâle non exposé et femelle exposée, mâle et femelle exposés.
temps d’exposition des organismes est mis en évidence paral-lèlement à une diminution de la probabilité de survie des larves issues de parents exposés au MMS. Cette expérimentation permet, de plus, d’investiguer plus précisément la part de chaque géniteur dans les altérations de la descendance et montre que les altérations de l’ADN spermatiques jouent un rôle majeur dans la transmission d’aberrations
géné-tiques Figure 2 . Ce résultat confirme l’existence d’un lien entre
endommagement génotoxique au niveau des gamètes et per-turbation de la descendance, et alimente un faisceau de
preuves obtenu chez différentes espèces [E, F].
une pertinence environnementale à évaluer
Les résultats acquis au laboratoire confirment l’existence d’un lien entre l’exposition à des molécules génotoxiques et les
Many environmental pollutants are genotoxicants and can induce genetic damages in wild organisms. If genetic damage occurs in somatic cells, deleterious effects are restricted to the exposed organisms but when
it affects germ cells, it may increase the risk of progeny defects as clearly pointed out in humans and aquatic species. Hence, identification of genetic risks related to environmental genotoxicants is a crucial point. In this context, INERIS and the UMR 5023 of the University of Lyon investigate the relationship between DNA damage of germ cells and progeny survival or development abnormalities. For this purpose, the three-spined stickleback is used as model fish
species. Ex vivo and in vivo experiments highlight that exposure to MMS, a model genotoxicant, affects significantly sperm DNA integrity and increases mortality during embryo–larval stages and abnormality rate at hatching. Field studies were also performed to address this relationship in wild sticklebacks but further studies are needed to confirm the ecological relevance of this hypothesis. AbstrAct
altérations de la descendance, qui pourrait expliquer les perturbations populationnelles observées dans certains cours d’eau. La pertinence environnementale de cette hypothèse reste encore à évaluer dans des contextes de contamination environnementalement pertinents. Des premiers travaux ont été menés dans ce sens en utilisant des épinoches collectées dans plusieurs cours d’eau et tendent à montrer in situ l’exis-tence de ce lien chez des poissons autochtones de cours d’eau
soumis à un stress génotoxique [G]. Ce travail doit désormais
se poursuivre afin de confirmer la pertinence écologique de cette relation. Pour ce faire, des polluants environnementaux génotoxiques pourraient être utilisés en remplacement du MMS. De même, l’utilisation des mésocosmes permettrait d’allier réalisme écologique et maîtrise de l’exposition, et ainsi de mieux identifier une éventuelle relation.
D
e nombreux polluants environnementaux peuventaltérer la structure de l’ADN ou les composants cel-lulaires assurant la transmission d’un génome fidè-lement similaire. Malgré l’existence de systèmes de réparation des altérations génotoxiques, des mutations délé-tères peuvent survenir. Si des phénomènes de cancérisation sont observables au niveau individuel lorsque des cellules somatiques sont atteintes, des perturbations peuvent s’expri-mer de façon transgénérationnelle lorsque c’est l’ADN des
cel-lules germinales qui est altéré [A]. L’existence d’une pression
génotoxique pourrait alors être un élément explicatif des per-turbations de la structure des peuplements piscicoles, voire du déclin de certaines espèces. Afin d’évaluer cette hypothèse, l’INERIS et l’UMR 5023 de l’Université de Lyon ont initié des travaux visant à évaluer le lien entre l’altération de l’ADN des cellules germinales et les perturbations de la descendance chez l’épinoche à trois épines, un poisson utilisé comme modèle
à l’INERIS pour le développement des biomarqueurs [B].
Des expérimentations basées sur des essais ex vivo sur des
spermatozoïdes, des essais in vivo sur des épinoches exposées, en laboratoire, au méthanesulfonate de méthyl (MMS), un génotoxique de référence, et des essais in situ sur des poissons collectés dans différents cours d’eau ont été mises en œuvre. Chacune de ces expérimentations a associé la mesure des dommages à l’ADN par le test des comètes et le suivi de la des-cendance obtenue par des fécondations in vitro.
première preuve obtenue ex vivo
Afin d’évaluer l’existence d’un lien entre l’endommagement de l’ADN spermatique et la qualité de la descendance, une
pre-mière expérimentation a été réalisée ex vivo [C]. Des
sperma-tozoïdes d’épinoche ont été collectés, puis exposés pendant une heure à différentes concentrations de MMS (i.e. 2, 3, 4 et 5 µM). Une fraction de l’échantillon a alors été utilisée pour détermi-ner le niveau d’endommagement de l’ADN induit par cette exposition, alors que l’autre fraction a été utilisée pour féconder
in vitro des ovocytes d’épinoches non exposées. Les résultats
obtenus montrent un endommagement de l’ADN proportion-nel à la concentration d’exposition, avec une augmentation des dommages d’un facteur 3 entre les groupes contrôles et ceux exposés à 5 µM. Parallèlement, le taux d’anomalies
embryo-larvaires (par exemple : œdèmes, cyphose, lordose, Figure 1 )
augmente en fonction de la concentration testée, passant de 10 % chez les poissons contrôles à plus de 75 % chez les poissons issus de spermatozoïdes exposés à 5 µM. Cette première expé-rimentation démontre, chez l’épinoche, la pertinence d’évaluer le lien existant entre l’intégrité du génome des gamètes et la qualité de la descendance.
confirmation in vivo au laboratoire
Une seconde expérimentation a été réalisée dans des condi-tions plus réalistes d’un point de vue biologique en exposant des épinoches mâles et/ou femelles en période de reproduc-tion, à différentes concentrations de MMS (i.e. 0,05, 0,5 et 5 µM)
sur une période comprise entre 18 et 58 jours [D]. Lorsque les
poissons atteignent leur maturité, les cellules germinales (spermatozoïdes ou ovocytes) sont collectées et utilisées pour réaliser une fécondation in vitro et mesurer le niveau d’endom-magement de l’ADN des spermatozoïdes. Un endomd’endom-magement de l’ADN spermatique proportionnel à la concentration et au
Wilfried sanchez
COntRIbutEuR
Génotoxicité et perturbation
de la reproduction
chez l’épinoche à trois épines
[A] Devaux A., Fiat L., Gillet C. et al. Reproduction impairment following paternal genotoxin exposure in brown trout (Salmo trutta) and Arctic charr (Salvelinus alpinus). Aquatic Toxicology, 2011, 101, pp. 405-411.
[B] Sanchez W., Katsiadaki I., Piccini B. et al. Biomarker responses in wild three-spined stickleback (Gasterosteus aculeatus L.) as a useful tool for freshwater biomonitoring: A multiparametric approach, Environment International, 2008, 34, pp. 490-498.
[C] Santos R., Palos-Ladeiro M., Besnard A. et al. Relationship between DNA
damage in sperm after ex vivo exposure and abnormal embryo development in the progeny of the three-spined stickleback. Reproductive Toxicology, 2012, 36, pp. 6-11.
[D] Santos R., Palos-Ladeiro M., Besnard A. et al. Parental exposure to methyl methane sulfonate of three-spined stickleback: contribution of DNA damage in male and female germ cells to further development impairment in progeny. Ecotoxicology, 2013, 22, pp. 815-824.
[E] Lacaze E., Geffard O., Goyet D. et al. Linking genotoxic responses in Gammarus fossarum germ cells with reproduction
impairment, using the Comet assay. Environmental Research, 2011, 111, pp. 626-634. [F] Lewis C., Galloway T. Reproductive consequences of paternal genotoxin exposure in marine invertebrates. Environmental Science and Technology, 2009, 43, pp. 928-933.
[G] Santos R. Un biomarqueur de génotoxicité chez l’épinoche (Gasterosteus aculeatus) : application au biomonitoring et étude de sa valeur prédictive en écotoxicologie. Thèse de l’Institut national des sciences appliquées de Lyon, spécialité Environnement industriel et urbain, 2013, p. 224.
Références
YSE Ky CE P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e P roba b ili té de s ur vie de la de sc en da nc e Temps (jours) 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0 5 10 15 20 25 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 0. 0 0 .2 0 .4 0 .6 0 .8 1 .0 Temps (jours) Temps (jours) contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM contrôle 0.05 μM 0.5 μM 5 μM30 | rapport scientifique ineris 2012-2013 rapport scientifique ineris 2012-2013 | 31
